Immagine: l’architettura delle cellule nervose cambia al confine tra due aree (linea tratteggiata). Questa è la base per la mappatura. Le aree del cervello studiate vengono trasferite nell’Atlante Julich-Brain e sovrapposte. Poiché le aree tra i singoli cervelli variano, vengono calcolate le mappe di probabilità (emisfero cerebrale destro; il rosso indica un’alta probabilità e quindi una bassa variabilità). L’emisfero cerebrale sinistro mostra la mappa delle probabilità massime per la rappresentazione simultanea di diverse aree cerebrali. Credito: Forschungszentrum Juelich / Katrin Amunts
Julich-Brain è il nome del primo atlante 3-D del cervello umano che riflette la variabilità della struttura del cervello con una risoluzione microscopica.
L’atlante presenta quasi 250 aree strutturalmente distinte, ognuna basata sull’analisi di 10 cervelli. Più di 24.000 sezioni del cervello estremamente sottili sono state digitalizzate, assemblate in 3-D e mappate da esperti. Come parte della nuova infrastruttura EBRAINS dell’European Human Brain Project, l’atlante funge da interfaccia per collegare le informazioni sul cervello in modo spazialmente preciso. Ricercatori tedeschi guidati dal Prof. Katrin Amunts hanno ora presentato il nuovo atlante cerebrale sulla rivista Science.
Al microscopio, si può vedere che il cervello umano non è strutturato in modo uniforme, ma diviso in aree chiaramente distinguibili. Queste aree differiscono nella distribuzione e densità delle cellule nervose e nella funzione. Con Julich-Brain, i ricercatori guidati da Katrin Amunts presentano ora la mappa digitale più completa dell’architettura cellulare del cervello e la rendono disponibile in tutto il mondo tramite l’infrastruttura di ricerca EBRAINS.
“Da un lato, l’atlante cerebrale digitale aiuterà a interpretare i risultati degli studi di neuroimaging, ad esempio, dei pazienti, in modo più accurato”, afferma Katrin Amunts, Direttore del Centro di ricerca tedesco Juelich e Professore all’Università di Duesseldorf. “D’altra parte, sta diventando la base per una sorta di “Google Earth” del cervello, perché il livello cellulare è la migliore interfaccia per collegare i dati su aspetti molto diversi del cervello”.
In questo modo, i ricercatori stanno dando un contributo significativo all‘Human Brain Project (HBP). “Insieme a molti partner di questo progetto, stiamo costruendo EBRAINS come una nuova infrastruttura di ricerca ad alta tecnologia per le neuroscienze”, afferma Amunts, che è anche Direttore della ricerca scientifica del progetto.
Più di un quarto di secolo di ricerche sono state condotte nell’atlante 3D. Dozzine di esperti hanno usato l’ analisi delle immagini e algoritmi matematici per valutare le sezioni di tessuto nel corso degli anni e determinare i confini tra le aree del cervello, che insieme compongono una lunghezza di quasi 2000 metri.
Le regioni variano nella loro differenza
La mappatura ha mostrato che le aree variano tra cervelli diversi, ad esempio in termini di dimensioni e posizione. Il cervello di Julich mostra quindi la posizione e la forma delle singole regioni come mappe di probabilità. I ricercatori hanno scoperto differenze particolarmente grandi nella regione di Broca, la regione della corteccia cerebrale nota per avere un ruolo chiave nella produzione e comprensione del linguaggio. Al contrario, l’area visiva primaria appariva molto più uniforme.
Come parte di EBRAINS, l’Atlante del cervello di Julich è il punto di partenza per riunire struttura e funzione. L’atlante sta già aiutando a collegare i dati sull’espressione genica, la connettività e l’attività funzionale per comprendere meglio le funzioni cerebrali e i meccanismi delle malattie. “EBRAINS ci consente anche di utilizzare le mappe per simulazioni o di applicare l’intelligenza artificiale per esplorare la divisione del lavoro tra aree cerebrali. Le enormi quantità di dati generati vengono elaborate utilizzando la piattaforma informatica EBRAINS.” La potenza computazionale proviene dalla nuova rete europea di supercomputer FENIX, che è formata da cinque centri leader per il calcolo ad alte prestazioni, tra cui il Julich Supercomputing Center (JSC).
Immagine: vista mappa. Credito: Forschungszentrum Julich / Katrin Amunts.
“È interessante vedere fino a che punto è progredita la combinazione di ricerca sul cervello e tecnologie digitali”, afferma Amunts. “Molti di questi sviluppi convergono nell‘Atlante Julich-Brain e su EBRAINS. Aiutano noi – e sempre più ricercatori in tutto il mondo – a comprendere meglio la complessa organizzazione del cervello e scoprire insieme come le cose sono collegate”.
Fonte: Science
